Onderzoekers van de Universiteit Twente hebben een nieuwe analysemethode ontwikkeld voor het snel bestuderen van miljoenen individuele cellen en de eiwitten die ze uitscheidenom weefsels te vormen. De onderzoekers noemden hun methode Extracellular Protein Identification Cytometry (EPIC). "Dit verandert de manier waarop we levende materie kunnen bestuderen en heeft veel potentiële toepassingen, zoals het aansturen van de fabricage van 'reserveorganen' en het versnellen van de ontwikkeling en het testen van medicijnen", zegt onderzoeker Marieke Meteling. Haar werk is onlangs gepubliceerd in het prestigieuze wetenschappelijke tijdschrift Advanced Materials.
De weefsels waaruit je organen bestaan, bestaan uit cellen binnen een extracellulaire matrix die de cellen produceren. Deze matrix is niet alleen belangrijk voor hoe de cellen functioneren, maar is ook een belangrijke biomarker voor verschillende ziekten. Hoewel er verschillende technieken bestaan om deze matrix te analyseren, zijn deze benaderingen traag of bieden ze een slechte resolutie, en voor veel van deze technieken moet het weefsel kapot worden gemaakt. Dit heeft de klinische en maatschappelijke impact van deze toepassingen beperkt.
UT-onderzoekers uit het lab van Jeroen Leijten combineerden geavanceerde microfluïdische technologie en biomateriaalwetenschap met een bestaande meettechniek, flowcytometrie genaamd, om het eerste screeningplatform ter wereld met hoge doorvoer en hoge resolutie voor de kwantificering van extracellulaire matrix mogelijk te maken.
Toepassingen
Voor de succesvolle engineering van levende weefsels, het creëren van ziektemodellen, het realistisch testen van medicijnen en de ontwikkeling van regeneratieve geneeskunde is het belangrijk dat cellen het bedoelde type extracellulaire matrix produceren. EPIC onthult hoe individuele cellen hun omgeving bouwen en wijzigen en doet dit voor een groot aantal cellen tegelijkertijd.
"Onderzoekers kunnen nu belangrijke vragen bestuderen zoals welk deel van de cellen wordt beïnvloed door een medicijn en waarom bepaalde cellen wel of niet gevoelig zijn voor een specifieke behandeling", legt Meteling uit. EPIC kan nieuwe inzichten verschaffen in het weefselvormingsproces of hoe weefselvernietiging door specifieke cellen plaatsvindt of verandert door behandelingen. Deze inzichten kunnen behandelingen voor ziekten als artrose, fibrose en kanker bevorderen.
Ontworpen 3D micro-omgevingen
EPIC combineert op unieke wijze microfluïdische technologie, biomateriaalwetenschap, immunolabelling en flowcytometrie. Microfluïdische apparaten produceren miljoenen minuscule druppeltjes die elk één enkele cel bevatten. Deze microscopische druppeltjes worden vervolgens gestold in miniatuur hydrogelbolletjes waarin elke cel gedurende enkele weken kan worden gekweekt om de extracellulaire matrix af te zetten en/of af te breken.
Fluorescentieantilichamen die specifiek binden aan één type matrixeiwit laten vervolgens zien hoe elke cel zich gedraagt. Deze markers kunnen vervolgens in hoge doorvoer worden gemeten met behulp van flowcytometrie. Flowcytometrie is een krachtig hulpmiddel voor elk onderzoeksgebied dat gebruik maakt van levende cellen. Tot nu toe kon flowcytometrie niet worden gebruikt om matrixeiwitten te meten, omdat voor het extraheren van de cellen enzymen moesten worden gebruikt die de matrix ernstig beschadigden of verwijderden.
De UT-onderzoekers losten dit probleem op door cellen in staat te stellen om direct in miniatuur 3D microgels een matrix op te bouwen of te hermodelleren. Deze microgels kunnen rechtstreeks een flowcytometer in zonder de matrix te beschadigen. Deze methode behoudt op unieke wijze alle matrix- en celinformatie voor metingen. De niet-destructieve aard van de aanpak maakt het mogelijk om (individuele) cellen van interesse te meten en te isoleren, die vervolgens gebruikt kunnen worden voor andere analyses met hoge inhoud, zoals confocale beeldvorming, genomica, ruimtelijke proteomica en massaspectroscopie.
Meer informatie
Het onderzoek is uitgevoerd door Marieke Meteling onder supervisie van Prof. Dr. Jeroen Leijten, beiden lid van het Leijten lab, in de Developmental Developmental BioEngineering groep (Faculty TNW) van de afdeling BioEngineering Technologies aan de Universiteit Twente. Het artikel "High-Throughput Single-Cell Analysis of Local Nascent Protein Deposition in 3D Microenvironments via Extracellular Protein Identification Cytometry (EPIC)" van Marieke Meteling, Castro Johnbosco, Alexis Wolfel, Francisco Conceição, Kannan Govindaraj, Liliana Moreira Teixeira en Jeroen Leijten is onlangs gepubliceerd in Advanced Materials.
